一、類加載過程

1. 類加載檢查
   • 當Java虛擬機（JVM）遇到new關鍵字時，它會先檢查要創(chuàng)建的對象類是否已經(jīng)被加載、鏈接和初始化。如果尚未加載，JVM會通過類加載器（ClassLoader）加載對應類的.class文件。
2. 類加載
   • 類加載包括三個子步驟：加載、連接、初始化。
     • 加載：通過權限定類名，讀取 class 文件內(nèi)容為二進制流；二進制流轉(zhuǎn)換成方法區(qū)(永久代或元數(shù)據(jù)區(qū))的運行時 C++類字節(jié)碼對象 Klass；最后再在堆上生成一個 Class 對象，用來間接獲取元數(shù)據(jù)區(qū)的類定義信息，靜態(tài)對象也保存在 Class 對象中。
     • 連接：
       • **驗證：**驗證文件格式、字節(jié)碼元數(shù)據(jù)、語法、符號引用；
       • 準備：為類的靜態(tài)變量分配內(nèi)存，并賦予默認初始值（例如0或null），但不會執(zhí)行任何實際的初始化代碼。
       • **解析：**將符號引用替換為直接引用。
     • 初始化：類的靜態(tài)變量賦予正確的初始值，執(zhí)行靜態(tài)塊；可能涉及父類初始化。
3. 內(nèi)存分配
   • JVM為新創(chuàng)建的對象分配內(nèi)存空間。對象內(nèi)存主要包括對象頭、實例數(shù)據(jù)以及可能的對齊填充。
     • 對象頭：存儲對象自身的元數(shù)據(jù)如哈希碼、鎖狀態(tài)標志、GC分代年齡等信息，以及指向其類元數(shù)據(jù)（Class對象）的指針。
     • 實例數(shù)據(jù)：存儲類中定義的字段的實際數(shù)據(jù)。
     • 對齊填充：非必須，為了滿足JVM對內(nèi)存地址對其的要求而填充的額外空間。
4. 初始化零值：
   • 分配內(nèi)存后，JVM會對對象的所有字段（包括實例變量）分配默認的初始值。
5. 顯式初始化：接下來，如果有在字段聲明時直接賦予的初始值（例如int a = 10;），這些值會在構造函數(shù)執(zhí)行前被賦予相應的變量。
6. **對象頭 必要信息設置 **主要是對象頭中類的源數(shù)據(jù)信息，哈希碼 ，對象 GC 分代年齡等。
7. 初始化
   • 構造器初始化：調(diào)用類的構造方法（即構造器）進行初始化，執(zhí)行構造器中的初始化代碼，此時才會給實例變量賦予程序員指定的初始值。
   • 如果類中有父類并且還沒有被初始化，則先初始化父類。
8. 對象構造完成：
   • 構造方法執(zhí)行完畢后，對象就完全構造出來了，可以被程序正常使用。

二、對象內(nèi)存分配方式

內(nèi)存分配方式根據(jù)不同的收集器策略可分為兩種，不同的收集器的堆內(nèi)存規(guī)整程度不一致所以有兩種分配策略。

指針碰撞 Bump The Pointer

在使用指針碰撞策略時，Java堆被假設為一個連續(xù)的內(nèi)存空間，被分為已用和未用兩部分，中間由一個指針作為分界線。當新對象需要內(nèi)存時，JVM只需將指針向未用空間一側移動與對象大小相等的距離即可。這種方式適用于使用標記-清除或復制算法的垃圾收集器，因為這些算法能夠整理出連續(xù)的內(nèi)存空間。

空閑列表 Free List

如果Java堆中的內(nèi)存不是連續(xù)的，或者已被使用的內(nèi)存和未被使用的內(nèi)存相互交錯（這種情況通常發(fā)生在使用標記-整理或分代收集算法的垃圾收集器中），那么空閑列表策略更為適用。在這種情況下，JVM維護一個列表來記錄堆中各個小塊的可用內(nèi)存空間。當新對象需要內(nèi)存時，JVM會從列表中找到一個足夠大的空閑塊分配給對象，并更新列表。這種方法不需要連續(xù)的內(nèi)存空間，但管理成本相對較高。

三、內(nèi)存分配的安全問題

堆是線程間共享的一塊兒區(qū)域，所以多個線程同時創(chuàng)建對象時都涉及對內(nèi)存空間的申請和分配，那么內(nèi)存分配就可能出現(xiàn)線程安全問題。依賴以下機制解決多線程安全問題，一種是** CAS 樂觀鎖機制**，一種是 TLAB 本地線程分配緩沖機制

Thread Local Allocation Buffer (TLAB) 本地線程分配緩沖：每個線程有一個屬于自己的預分配內(nèi)存空間，JVM 首先通過 CAS 為線程申請一塊兒預分配內(nèi)存。這樣當某個線程需要申請新的內(nèi)存空間時首先現(xiàn)在自己的 TLAB 上分配，能減少內(nèi)存分配沖突。后續(xù) TLAB 內(nèi)存不足了才會 CAS 申請一塊兒新的 LATB 或者直接在 Eden 區(qū)直接分配。

Compare-and-Swap (CAS) 在某些JVM實現(xiàn)中，可能會使用CAS操作來實現(xiàn)無鎖的線程安全內(nèi)存分配。CAS是一種硬件級別的原子操作，允許線程在不加鎖的情況下比較并交換內(nèi)存中的值，從而減少鎖帶來的性能開銷，并能有效防止數(shù)據(jù)競爭。

四、對象如何進入老年代

1. 新生代：剛創(chuàng)建的對象默認進入新生代的 Eden 區(qū)
2. 進入老年代的條件：四種情況
   1. 熬過了多次 minorGC ，每次 MinorGC 過后對象的年齡就會+1，存活超過 15 次之后就會進入老年代。該次數(shù)可通過參數(shù)控制 -XX:MaxTenuringThreshold
   2. 動態(tài)年齡判斷機制：MinorGC 后，如果 Survivor 區(qū)中的一批對象大雨了這塊 Survivor 區(qū)的 50%就會將大于等于這批對象年齡最大值的所有對象直接進入老年代。
      1. 舉例 S1 中有 年齡為 1 、2、3、4 的一批對象，其中 234 年齡的加起來超過 S1 的 50%，那么年齡大于等于 4 的對象就直接進入老年代了。
   3. Serial 和 ParNew 收集器，大對象直接進入老年代。例如大字符串和數(shù)組 可通過-XX:PertenureSizeThreshold 配置 默認為 1M
   4. MinorGC 后，存活的對象太多無法放入 Sruvivor 區(qū)域，會觸發(fā)空間分配擔保機制。將存活的對象移入老年代

分配擔保機制(空間擔保) Allocation Assurance Mechanism

什么是分配擔保機制

在 JVM 中，空間分配擔保機制（Space Allocation Guarantee Mechanism）是一種確保在進行垃圾收集時，有足夠的空間來處理對象晉升和分配的策略。這種機制主要用于新生代垃圾收集（Minor GC）和老年代垃圾收集（Major GC 或 Full GC）之間的協(xié)調(diào)，以避免出現(xiàn)內(nèi)存不足的情況。

:::success
用老年代的空間，來擔保新生代的垃圾回收可以成功執(zhí)行并騰出空間。會將新生代存活的對象轉(zhuǎn)移到老年代中。保證新分配內(nèi)存能直接成功。

1. young 分區(qū)內(nèi)存不足以創(chuàng)建新對象

:::

內(nèi)存擔保的原理

MinorGC前

1. 第一步：判斷老年代可用內(nèi)存是否小于新時代對象全部對象大小，如果小于則繼續(xù)判斷,大于則可進行MainorGC
2. 第二步：老年代小于存活對象，則判斷老年代內(nèi)存是否小于每次MinorGC后進入老年代的平均大小
   1. 小于平均大小，則進行FullGC,再判斷是否能保存得下存活對象，放不下則OOM
   2. 大于平均大小，則進行MinorGC

MinorGC后

1. 如果存活對象小于Survivor區(qū)，則直接進入Survivor區(qū)
2. 如果存活對象大于Survivor區(qū)，但是小于老年代可用內(nèi)存，則直接進入老年代
3. 如果存活對象大于Survivor區(qū)，還大于老年代，則嘗試進行一次FullGC，F(xiàn)ullGC后再次判斷，如果放不下存活對象則會OOM

分配擔保的配置

1. **-XX:HandlePromotionFailure：**這個參數(shù)控制是否允許晉升失敗。如果設置為 true，JVM 會在 Minor GC 時嘗試晉升對象，即使老年代空間不足，也會嘗試進行一次 Minor GC。如果失敗，則觸發(fā) Full GC。這個參數(shù)在 Java 6 之后已經(jīng)被默認取消使用。
2. -XX:PretenureSizeThreshold：這個參數(shù)指定大對象直接在老年代分配的大小閾值。超過該閾值的對象直接分配到老年代，避免在新生代頻繁復制。
3. **-XX:MaxTenuringThreshold：**這個參數(shù)控制對象在新生代中經(jīng)歷多少次 GC 后晉升到老年代。較高的閾值可以減少對象晉升，但會增加新生代的 GC 頻率。
4. -XX:TargetSurvivorRatio：這個參數(shù)控制每次 Minor GC 后目標存活區(qū)（Survivor Space）的利用率。JVM 會根據(jù)這個參數(shù)調(diào)整對象晉升的閾值。

五、驗證

大對象直接進入老年代

/**
* 測試：大對象直接進入到老年代
* -Xmx60m -Xms60m -XX:NewRatio=2 -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGCDetails
* -XX:PretenureSizeThreshold
*
*/
public class YoungOldArea {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] buffer = new byte[1024*1024*20]; //20M
    }
}
-XX:NewRatio=2 新生代與老年代比值
-XX:SurvivorRatio=8 新生代中，Eden與兩個Survivor區(qū)域比值
-XX:+PrintGCDetails 打印詳細GC日志
-XX:PretenureSizeThreshold 對象超過多大直接在老年代分配，默認值為0，不限制

對象內(nèi)存分代晉升演示

/*
-Xmx600m -Xms600m -XX:+PrintGCDetails
*/
public class HeapInstance {
  public static void main(String[] args) {
    List<Picture> list = new ArrayList<>();
    while (true){
      try {
        Thread.sleep(20);
     } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
     }
      list.add(new Picture(new Random().nextInt(1024 * 1024)));
   }
 }
}
class Picture{
  private byte[] pixels;
  public Picture(int length){
    this.pixels = new byte[length];
 }
}

通過可視化插件可以看到

1. Eden區(qū)滿了之后，就會進行MinorGC，MinorGC時會將Survior放不下的對象存到old老年代
2. 老年代也滿了之后，發(fā)生了三次MinorGC，未釋放出可用空間后，進行了三次FullGc最后拋出了OOM

到此這篇關于Java對象創(chuàng)建的過程的文章就介紹到這了,更多相關Java對象創(chuàng)建內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章希望大家以后多多支持腳本之家！

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